细胞增殖和凋亡异常与疾病

11病理生理学病理生理学（Pathophysiology）第十一章细胞增殖和凋亡异常与疾病2人民卫生出版社病理生理学3增殖分化凋亡细胞4第一节细胞增殖异常与疾病人民卫生出版社病理生理学5主要内容细胞周期的概述细胞周期的调控细胞周期调控异常与疾病调控细胞周期与疾病的防治人民卫生出版社病理生理学6细胞增殖多阶段、多因素参与有序的调节过程1953年Havard和Palw：细胞周期人民卫生出版社病理生理学【细胞增殖】细胞分裂和再生的过程。细胞通过分裂进行增殖，把遗传信息传给子代，保持物种的延续和数量增多。7细胞周期概念：增殖细胞从上一次分裂结束到下一次分裂终了的间隔时间（细胞增殖周期）分期（时相特点）G1期（firstgapphase，DNA合成前期）S期（syntheticphase，DNA合成期）G2期（secondgapphase，DNA合成后期）M期（mitoticphase，有丝分裂期）人民卫生出版社病理生理学8细胞周期分期•M-期–有丝分裂–胞质分裂•间期–G1=M和S期间的间隔–S=DNA和中心体复制–G2=S和M期间的间隔9分裂间期前期前中期中期后期末期胞质分裂期有丝分裂10细胞周期分类（增殖特性）周期性细胞（连续分裂细胞）：表皮、骨髓细胞（洗发水广告→去头屑？小肠微绒毛）G0期细胞（休眠细胞）：肝、肾细胞终端分化细胞（不分裂细胞）：神经、心肌细胞人民卫生出版社病理生理学11细胞周期特点单向性：细胞沿G1→S→G2→M方向推进检查点(Checkpoint)：各时相交叉处决定细胞周期是否继续（Arrest）阶段性：细胞可因某种原因而在某时相停滞待条件合适后重新活跃到下一时相细胞微环境：细胞外信号、条件等人民卫生出版社病理生理学12主要内容细胞周期的概述细胞周期的调控细胞周期调控异常与疾病调控细胞周期与疾病的防治人民卫生出版社病理生理学13“fortheirdiscoveriesofkeyregulatorsofthecellcycle”人民卫生出版社病理生理学TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine2001LelandH.HartwellR.Timothy(Tim)HuntSirPaulM.NurseUSAUnitedKingdomUnitedKingdomFredHutchinsonCancerResearchCenterSeattle,WA,USAImperialCancerResearchFundLondon,UnitedKingdomImperialCancerResearchFundLondon,UnitedKingdomb.1939b.1943b.194914细胞周期的调控细胞周期自身调控细胞外信号对细胞周期的调控诱导增殖信号：GF→cyclin/CDK↑，CKI↓→细胞增殖↑抑制增殖信号：TGF-β→cyclin/CDK↓，CKI↑→细胞增殖↓人民卫生出版社病理生理学15细胞周期的调控人民卫生出版社病理生理学16细胞周期自身调控周期素细胞周期素依赖性激酶细胞周期素依赖性激酶抑制因子细胞周期检查点人民卫生出版社病理生理学17周期素（cyclin）人民卫生出版社病理生理学各时相cyclin的表达和相对浓度G0G1SG2MG1SG2MG0DEAB18周期素（cyclin）人民卫生出版社病理生理学cyclinCDKCyclin－CDK调节亚单位催化亚单位19细胞周期自身调控周期素细胞周期素依赖性激酶细胞周期素依赖性激酶抑制因子细胞周期检查点人民卫生出版社病理生理学20细胞周期素依赖性激酶（CDK）CDK丝氨酸/苏氨酸（Ser/Thr）蛋白激酶CDK家族：CDKl～9CDK的调控活化：CyclinCDK活化激酶（CAK）CDK自身的磷酸化灭活：CKI/泛素化（ubiquitin）降解人民卫生出版社病理生理学21CDK的活化人民卫生出版社病理生理学22人民卫生出版社病理生理学cyclin＋CKICDKCyclin-CDK（调控）竞争性结合抑制CDK活性调节亚单位催化亚单位CDK的灭活23CDK的灭活人民卫生出版社病理生理学24细胞周期自身调控周期素细胞周期素依赖性激酶细胞周期素依赖性激酶抑制因子细胞周期检查点人民卫生出版社病理生理学25细胞周期素依赖性激酶抑制因子（CKI）Ink4（Inhibitorsofkinase4）Kip（kinaseinhibitoryprotein，Kip）Cip（cdk-interactingprotein1）Waf（wild-typep53activatedfragment1）人民卫生出版社病理生理学26Ink4CDK4的抑制蛋白p16Ink4a、p15Ink4b、p18Ink4c、p19Ink4d等抑制CDK4活性特异地与CDK4/6结合防止CDK4/6与cyclin再结合降低cyclin/CDK复合物的稳定性人民卫生出版社病理生理学27细胞周期素依赖性激酶抑制因子（CKI）Ink4（Inhibitorsofkinase4）Kip（kinaseinhibitoryprotein，Kip）Cip（cdk-interactingprotein1）Waf（wild-typep53activatedfragment1）人民卫生出版社病理生理学28KipCDK的抑制蛋白p21kip1、p27kip1和p57kip2等抑制CDKN端保守序列-非共价键-cyclin/CDK复合物结合∣∣↘↙三元体或四元体人民卫生出版社病理生理学29细胞周期自身调控周期素细胞周期素依赖性激酶细胞周期素依赖性激酶抑制因子细胞周期检查点29人民卫生出版社病理生理学30检查点分类和功能DNA复制检查点：G1/S交界处G1期细胞↑→DNA修复√→DNA复制DNA损伤检查点：S/G2交界处检查DNA复制进度纺锤体组装检查点染色体分离检查点人民卫生出版社病理生理学31DNA损伤检查点人民卫生出版社病理生理学启动凋亡程序结合PCNA→DNA复制↓p53↑p21↑CyclinE/CDK2复合物活性↓GADD45↑DNA损伤（射线）pRb-P＋游离的E2F↓pRb-E2FG1期阻滞DNA合成、细胞进入S期↓G1/S期交界调控示意图32S期检查点人民卫生出版社病理生理学Cdk2cycEcycACdk2cycEcycASphaseprogressionCdk2PcycEcycA(T-160)Cdk7/cycHCdc25AphosphataseCdk2P(T-160)PP(Y-15)(T-14)Wee1kinasefamilycycEcycASphasearrestDNADamageChk1kinase(sensors)33主要内容细胞周期的概述细胞周期的调控细胞周期调控异常与疾病调控细胞周期与疾病的防治人民卫生出版社病理生理学34细胞周期调控异常与疾病细胞增殖过度细胞增殖缺陷人民卫生出版社病理生理学癌症:导致人类死亡的一个主要原因：每年新发：1400万死亡：820万约15.6人/分钟中国每年新发：309万，每天：8465人，约5.9人/分钟死亡：196万，每天：5370人，约3.7人/分钟AbnormalApoptosisandDiseasesAbnormalProliferationandDiseases38细胞增殖过度与疾病增殖过度：肿瘤、肝肺肾纤维化、前列腺肥大、类风湿性关节炎细胞增殖过度与肿瘤Cyclin增多：cyclinD、E↑乳腺癌、B细胞淋巴瘤、胃肠癌、食道癌机制：基因扩增、染色体倒位、染色体易位人民卫生出版社病理生理学39细胞增殖过度与疾病细胞增殖过度与肿瘤CDK增多：CDK1、2、4、6↑CKI表达不足和突变：InK4失活和Kip↓（p16/p21/p27）检查点功能障碍：p53基因突变人民卫生出版社病理生理学细胞周期调控异常与疾病细胞增殖过度细胞增殖缺陷40人民卫生出版社病理生理学41细胞增殖缺陷与疾病增殖缺陷：糖尿病肾病、神经退行性变增殖缺陷与糖尿病肾病增殖缺陷的机制：CKI过表达：p27↑pRb：低磷酸化状态Cyclin/CDK2/CDK4（-）（糖尿病实验模型）人民卫生出版社病理生理学主要内容细胞周期的概述细胞周期的调控细胞周期调控异常与疾病调控细胞周期与疾病的防治42人民卫生出版社病理生理学43调控细胞周期与疾病的防治合理利用增殖相关信号单抗→EGF↓→乳腺癌增殖↓NGF→神经细胞增殖↑调控cyclin或和CDK的表达和活性单抗/RNAi/反义寡核苷酸→cyclin/CDK表达和活性转染基因→cyclin/CDK表达和活性↑人民卫生出版社病理生理学44调控细胞周期与疾病的防治调控CKI的表达或和活性转染基因/放疗/化疗→CKI表达和活性↑单抗/RNAi/反义寡核苷酸→CKI表达和活性↓修复或利用缺陷的细胞周期检查点p53→修复缺陷的细胞周期检查点放疗/化疗→DNA损伤→缺陷周期检查点→DNA损伤细胞↑人民卫生出版社病理生理学45第二节细胞凋亡异常与疾病人民卫生出版社病理生理学主要内容细胞凋亡的概述细胞凋亡的调控细胞凋亡调控异常与疾病调控细胞凋亡与疾病的防治46人民卫生出版社病理生理学一.细胞凋亡的研究历史•1.凋亡概念的形成和形态学的研究(1972）•1972年Kerr等在癌症杂志发表论文，首次提出细胞凋亡(apoptosis)的概念。宣告了对细胞凋亡的真正探索的开始。•2．DNA的降解和内源性核酸内切酶的参与。(1987）•3.蛋白质水解酶活化的研究(1995)•4.细胞膜的变化(1997)•5.线粒体的变化和分子生物学的研究(1998-)•1)相关基因及调控•2）信号转导•3）各种分子及其相互作用及相互关系•4）疾病机制的阐明，以及新疗法的探索及问世。细胞凋亡概述48人民卫生出版社病理生理学二.概念细胞凋亡是能量依赖的细胞内死亡程序活化而致的细胞自杀，由基因控制的细胞自主有序的主动死亡过程。细胞程序性死亡（programmedcelldeath，PCD）PCD最初是1956年发育生物学中提出的概念，是个功能性概念，强调的是其分子生物学和生理功能，一般指生理性细胞死亡。描述在一个多细胞生物体中某些细胞死亡是个体发育中的一个预定的，并受到严格程序控制的正常组成部分。细胞凋亡与坏死的比较50人民卫生出版社病理生理学51细胞凋亡与坏死的比较人民卫生出版社病理生理学坏死凋亡性质病理性，非特异性生理性或病理性，特异性诱导因素强烈刺激，随机发生较弱刺激，非随机发生生化特点被动过程，无新蛋白合成，不耗能主动过程，有新蛋白合成，耗能形态变化细胞肿胀，细胞结构全面溶解破坏细胞皱缩，核固缩细胞结构完整DNA电泳弥散性降解，电泳呈均一DNA片状DNA片段化，电泳呈梯状条带炎症反应溶酶体破裂，局部炎症反应溶酶体完整，局部无炎症反应凋亡小体无有基因调控无有细胞凋亡的改变细胞凋亡的形态学改变微绒毛的消失空泡化（blebbing）固缩（condensation）出芽（budding）染色质边集（margination）凋亡小体（apoptosisbody）52人民卫生出版社病理生理学53细胞凋亡的改变人民卫生出版社病理生理学NormalCellApoptoticCell54细胞凋亡的改变细胞凋亡的生化改变DNA的片段化（梯形条带）内源性核酸内切酶激活caspase的激活人民卫生出版社病理生理学主要内容细胞凋亡的概述细胞凋亡的调控细胞凋亡调控异常与疾病调控细胞凋亡与疾病的防治55人民卫生出版社病理生理学56细胞凋亡调控相关的信号生理性凋亡信号某些激素的和细胞因子的直接作用糖皮质激素→淋巴细胞凋亡↑甲状腺素→蝌蚪变青蛙兴奋性神经递质→神经元凋亡某些激素的和细胞因子的间接作用睾丸组织↓→睾丸酮↓→前列腺上皮细胞凋亡↑人民卫生出版社病理生理学细胞凋亡调控相关的信